關於雙模手機設計想法，在 ETSI TR 101 072[4]文獻 中，對 DECT 與 GSM 雙模手機(Dual mode terminal)設計，有 介紹需要考量必要條件與手機類型。在本章節中，對於 GSM 與 PHS 雙模手機類型與模式，其設計想法參考到此份文件。
GSM 與 PHS 雙模手機設計基本架構如圖 3.1 所示:
從圖中可以看出雙模手機包含了 PHS 與 GSM 兩個通訊協定模 組，這兩個模組受到雙模手機中一個控制單元(Interworking Unit)控制，可以清楚知道手機現在所處狀態，進而把訊息傳 給雙模手機裡相關人機界面元件例如:螢幕顯示、揚聲器 (loudspeaker) 、麥克風(microphone)與手機按鍵(Keypad) 等。當然雙模手機也可經由這些人機介面元件把使用者指令 通知控制單元，再由控制單元決定進行相關動作。
GSM 與 PHS 通訊協定模組共用人機介面元件。至於雙模 手機與通訊 RF(Radio Frequency)有關元件例如 Transceiver (收發機)與 Antenna(天線)是否共用，可以有幾種不同設計 方式，我們將在下一章詳述。
MMI: Man Machine Interface
圖 3.1 雙模手機基本架構
G G S S M M P P H H S S
Interworking Unit
MMI
3-1 雙模手機類型
引用[4]的建議，GSM 與 PHS 雙模手機型式共分為五 類，分別說明如下:
3-1-1 雙模手機類型-Type 1
此類型雙模手機定義為:
(1)在開機後，只允許 GSM 或 PHS 其中一種通訊協定模組 進行註冊。
(2)雙模手機使用那一組通訊協定模組必須經由使用者 手動切換決定之。
(3)在待機狀態下，當一組通訊協定模組運作時，另一組 通訊協定必須是關閉狀態。
(4)當有一組通訊協定模組進行通話時，另一組通訊模組 必須是關閉狀態。
這種雙模手機類型可以看待成單待機之手動切換。
3-1-2 雙模手機類型-Type 2
此類型雙模手機定義為:
(1)在開機後，只允許 GSM 或 PHS 其中一種通訊協定模組 進行註冊。
(2)雙模手機使用那一組通訊協定模組是經由使用者手 動切換或由雙模手機自動切換機制決定之。此自動 切換機制可經由兩系統所接收基地台訊號強弱來做 判斷。
(3)雙模手機在待機下，當一組通訊協定模組運作時，另 一組通訊協定必須是關閉狀態。
(4)當有一組通訊協定模組進行通話時，另一組通訊模組 必須是關閉狀態。
這種雙模手機類型可以看待成單待機之自動切換。
3-1-3 雙模手機類型-Type 3 此類型雙模手機定義為:
(1)在開機後，雙模手機允許兩個通訊協定模組進行註 冊。
(2)雙模手機在待機下，兩個通訊協定模組都必須遵守 各自通訊協定在 idle(待機)模式下規定，因此雙 模手機是雙待機。
(3)當有一組通訊協定模組進行通話時，另一組通訊模 組必須是關閉狀態。
這種雙模手機類型可以看待成雙待機之單方通話。
3-1-4 雙模手機類型-Type 4
此類型雙模手機定義為:
(1)當手機開機後，雙模手機允許兩個通訊協定模組進 行註冊。
(2)雙模手機在待機下，兩個通訊協定模組都必須遵守 各自通訊協定在 idle 模式下規定，因此雙模手機 是雙待機。
(3)當有一組通訊協定模組進行通話時，另一組通訊模 組可以聽基地台廣播訊息，但不能進行通話。
這種雙模手機類型可以看待成雙待機之單通話。
3-1-5 雙模手機類型-Type 5
(1)當手機開機後，雙模手機允許兩個通訊協定模組進 行註冊。
(2)雙模手機在待機下，兩個通訊協定模組都必須遵守 各自通訊協定在 idle 模式下規定，因此雙模手機 是雙待機。
(3)當有一組通訊協定模組進行通話時，另一組通訊模 組也可以進行通話。
這種雙模手機類型可以看待成雙待機之雙通話。
3-2 雙模手機使用模式與切換機制
雙模手機無論是在那一類型設計下，都應該要讓使用者 有設定優先權模式(或是喜愛模式)選項。當雙模手機在優先 權模式條件下，不同手機類型開機運作說明如下:
(1)在 type1 與 type2 雙模手機類型，由於手機只允許一 個模式註冊，當手機開機時，手機將優先選擇喜愛模式或是 優先權高的模式進行註冊。
(2)在 type3~type5 雙模手機類型，由於手機可同時在兩 個模式下註冊，因此當手機開機時(兩個模式都可以被思考為 優先權高) ，使用者決定一種模式為優先權高的模式時，手 機將優先對它進行註冊。
3-2-1 GSM 與 PHS 運作模式
雙模手機實際使用運作模式，可以分為三種:
(1)PHS 單一模式運作 (2)GSM 單一模式運作
(3)PHS 與 GSM 雙模式同時運作
此三種運作模式依據待機與通話狀態與上一節所述的五種 手機類型關係，如表3-1所示:
類型 待機 通話
Type1 單模待機 單模通話(另一模關閉) Type2 單模待機 單模通話(另一模關閉) Type3 雙模待機 單模通話(另一模關閉) Type4 雙模待機 單模通話(另一模待機) Type5 雙模待機 雙模通話
表 3.1 手機運作模式分類
雙模手機無論是在那一種模式下運作，它都必須遵守其通 訊協定所規範的行為模式。當雙模手機在PHS模式時，雙模手 機其通訊行為模式必須遵守ARIB Standard RCR STD-28[1]規 定。同樣地，當雙模手機在GSM模式時，雙模手機通訊行為模 式必須遵守3GPP TS 11.10[2]規定。
3-2-2 使用模式之切換機制:
雙模手機在進行使用模式選擇時，有下列幾種方式:
(1)手動切換操作方式(Manual Switching )。
(2)自動切換操作方式(Automatically Switching )。
(3)平行運作操作方式(Parallel Operation)。
在(1)與(2)這兩種切換方式執行後，手機將進行模式更 換，模式更換規則是:舊的模式必須先關閉後，新的模式再啟 動。
假若雙模手機關閉某一個通訊協定模式時，這樣如同單模 手機進行關機動作。假若雙模手機從一個通訊協定模式切換 到另一個通訊協定模式時，這時在另一個通訊協定模式進行 啟動行為，如同單模手機進行開機動作。
手機在每一次關機後，關機前的所使用模式，將為手機下 次開機預先使用模式。每一種切換方式與雙模手機類型是有一 定關聯性，說明如下:
3-2-2-1 手動切換操作方式(Manual Switching )
手動切換方式可讓使用者有機會可以更改手機使用通訊協 定模式，至於切換的時機，只要不是在手機進行通話中，在 任何的時間都可以進行手動切換機制。
手動切換機制應該被設計在任何雙模手機類型(Type1~ Type5) 中，原因是無論是那一種雙模手機類型，應該都要有一個選 項讓使用者可以選擇喜愛通訊協定模式。
手動切換機制操作方式如圖3.2所示。當手機在PHS模式 時，因使用者啟動手動切換機制，雙模手機將關閉PHS模式，
然後啟動GSM模式開使尋找GSM網路並進行註冊。如果無法尋 找到網路或是註冊失敗，手機必須回到原先PHS模式下。如果 成功地完成手機註冊，雙模手機將待在GSM模式並遵守GSM通 訊協定待機模式規定。
圖 3.2 手動切換機制
3-2-2-2 自動切換操作方式( Automatically Switching )
雙模手機執行自動切換機制時機，可分為下面幾種:
(1)當手機處在通訊協定模式之服務區外時，手機將進行自 動切換機制。切換機制運作如圖3.3所示，當手機待在PHS模 式下，因移動或是環境變化，造成無法與基地台聯絡，此時 手機必須自動關閉PHS模式並尋找GSM網路，找到網路後，雙 模手機將待在GSM模式。
圖 3.3 自動切換模式
(2) 當 手 機 處 在 某 一 模 式 下 並 進 行 另 一 模 式 背 景 掃 描
台訊號場強高於目前使用模式，手機將啟動自動切換機制進 行模式更換。例如圖3.4所示，當手機目前是在PHS模式下，
經由背景掃描後，發現GSM網路訊號更好，於是進行模式切 換。
背景掃描程序通常可分為三種階段:
(a)當手機處在優先權低的模式時，它會進行掃描優 先權高的通訊系統網路。
(b)檢查雙模手機是否可以接收到該網路訊號及所收 到訊號品值是否穩定。
(c)依檢查結果決定是否自動切換網路。
圖 3.4 背景掃描模式切換圖
(3)當手機模式處在優先權低通訊協定模式時，當進行背景掃 描後，發現可以找到優先權高的通訊網路，手機將進行自動 切換機制進行模式更換。切換機制運作可參考圖3.5:
Switch on
Priority mode Non-Priority
mode Is priority mode
Available?
YES NO
Background Scan
Loss of coverage
Loss of coverage
圖 3.5 優先權模式自動切換
雙模手機自動切換操作方式可被設計於Type2~Type5手機。
3-2-2-3 平行模式運作方式(Parallel Operation )
此平行模式運作方式可以被設計在type3~type5手機類型 上。由於允許兩個通訊協定模式進行註冊，因此雙模手機兩 個通訊協定模式都必須遵守其通訊標準在idle模式下通訊行 為。以下說明雙模手機在各個狀態下之行為:
(1)服務區外
當手機有某一通訊模式處在服務區外時，手機將自動執行此 模式背景掃描，一旦發現處於服務區外通訊模組，能重新接 收到網路訊號時，手機將恢復其通訊狀態。
(2)開機
當雙模手機開機時，由於手機兩種通訊模式都可以進行註 冊，因此手機將以優先權較高模式進行先註冊，其後才是優 先權較低模式做註冊。
(3)通話
當雙模手機進行撥出電話時，手機將優先使用優先權高的 模式進行通話，當優先權高的模式無法進行通話動作，手機 將自動啟動另一模式進行撥出電話。
在type5手機類型下，當雙模手機已經通話中時，另一模 式若有來電時，手機應該有一選項，可以讓使用者接其來電 或是拒接此通來電。
(4)待機
雙模手機在兩個通訊模式都進行完註冊程序後，手機將進 入待機，也就是idle mode。當其中有一通訊模式進行通話 時，另一通訊模式的通訊動作為:
(a)Type3手機，進行通訊模式關閉狀態。
(b)Type4與Type5手機，將繼續遵守在idle mode下通訊行 為，例如:收聽基地台廣播訊息等。
4. GSM/PHS 雙模手機之硬體設計
在上一章中，我們說明了 GSM/PHS 雙模手機的五種手機類 型操作模式與切換機制等。接下來，我們要說明的是雙模手 機在設計上會遭遇的問題。這些問題我們把它歸類成硬體設 計與通訊協定(含人機介面)兩大部份。本章探討硬體設計部 份的議題。第五章探討通訊協定(含人機介面)議題。
4-1 硬體架構
雙模手機在硬體上可能的設計架構有三種：
(1)整合(Integration)硬體架構 (2)主從(Master-Slave)硬體架構 (3)平行(Parallel)硬體架構
這三種硬體架構設計優缺點分述如下：
4-1-1 Integration 硬體架構
如圖 4.1 所示，此架構是把 GSM 基頻與 PHS 基頻整合到 一個 SOC（System-on-Chip ）。其優缺點分別說明：
圖 4.1 Integration 架構
GSM PHS dual RF
P P HS H S/ /G GS SM M B B B B
MMI
GSM /PHS L1/L2/L3 SW
LCD
Keypad board
Speaker
&
Receiver Dual Antenna
優點：
(1)把 PHS 基頻與 GSM 基頻整合在同一基頻上，這樣可以 分享共通元件（如人機介面上 Keypad control 等），
如此整合後的基頻有利製造面積小與成本低的雙手 機。
(2)在基頻的整合上，由於 PHS 與 GSM 分屬不同通訊標準 且其解碼差異很大，適合採用 DSP 晶片來完成，目前 在 GSM 手機上大都採用 DSP 來解碼，PHS 手機大都使 用 ASIC。如 PHS 手機亦採用 DSP 架構將有一些好處:
DSP 可以完成訊息通道參數的分析，針對訊息通道 的不同統計特性，選擇相應預存的處理程式，與核 心網路的互動可以分析終端的位置和預測基地台的 可靠度，可為 Handover 提供較可信的依據，因此 DSP 架構的 PHS 手機在收訊性能上遠遠優於 ASIC 核 心的手機。
(3)PHS 與 GSM 基頻後，兩通訊模組所需要電力可以使用 同一個 PM（Power Management）控制。所以此架構雙 模手機可以更省電。
缺點
大部份 GSM 開發廠商如德州儀器（TI)，並沒有 PHS 開發 經驗；PHS 開發廠商如東芝(Toshiba）並沒有 GSM 開發經 驗。因此要開發雙模手機 BB(Base band)與 RF 是需要很長開 發與整合時間（而一般研發一套成熟的晶片至少需要兩年到 三年左右的時間），可能無法滿足目前雙模手機的市場需 求。